整稈式甘蔗收獲機液壓驅動系統(tǒng)的研究與設計外文翻譯

1、全稈式甘蔗收獲機液壓驅動系統(tǒng)的研究與分析摘要：動力系統(tǒng)是甘蔗收獲機的重要組成部分，它能夠影響到整機的結構復雜性和工作的穩(wěn)定性，因此它是研究和開發(fā)甘蔗收獲機的關鍵技術。本文的重點是研究整稈式甘蔗收獲機的動力傳輸特性，該部分已由華南農(nóng)業(yè)大學進行了改進，當收割機在完成對甘蔗的切割、運輸、傳送、收集等動作時，原有的液壓動力傳動系統(tǒng)表現(xiàn)出動力性能差，運行效果不理想，而且在收獲過程中機械傳動的切割器往往因為雜草和甘蔗葉而被卡住，這將減慢割刀的旋轉速度，甚至使刀具停止轉動。當?shù)毒弑豢ㄗ《鵁o法轉動時，會使離合器由于打滑而過熱，從而導致傳動中斷。此外，駕駛時會因傳動鏈受到?jīng)_擊而最終導致其斷裂。為此，根據(jù)測試出的

2、收獲機各個執(zhí)行機構的功耗和應力狀態(tài)等參數(shù)，根據(jù)多路同時工作及負載的差異性設計出了全液壓驅動系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以在不增加收割機功率的前提下，滿足了系統(tǒng)在不同壓力和不同功率下工作的要求，它不僅簡化了收割機的整體結構而且提高了動力驅動系統(tǒng)的穩(wěn)定性。實驗結果表明，該系統(tǒng)能夠滿足收獲機每個工作部件的動力要求，此外，它還易于操作且具有良好的經(jīng)濟效益。關鍵詞：甘蔗 收獲機 驅動系統(tǒng) 液壓系統(tǒng)0 引言 動力驅動系統(tǒng)是甘蔗收獲機的重要組成部分，它對機器的壽命和使用性能有直接的影響。本文是在澳大利亞B80-130全稈式甘蔗收獲機的基礎上分析工作特點及在應用中存在的問題等的基礎上對其進行了改良。1、B80-130全稈式

3、液壓驅動系統(tǒng)的分析1.1 整稈式甘蔗收獲機的結構特點圖1為華南農(nóng)業(yè)大學從澳大利亞引進的B80-130全稈式甘蔗收獲機。該機采用弗格森MF4245-88型拖拉機作為全液壓驅動系統(tǒng)的動力源。機架用來牽引整個系統(tǒng)它通過三個懸掛點與拖拉機的中拉桿和左右下來桿鉸接，且在機架的左右兩側設有兩個支撐輪，它可以承受機器的大部分重量，本機采用整稈采集，它可以先后完成切割、運輸、鋪設等。圖1 B80-130型整稈式甘蔗收獲機甘蔗主要種植在我國南部各省，在其生長過程中容易受到臺風或季風的影響，往往造成大面積倒伏或彎曲。圖2 倒伏的甘蔗自2000年開始，我們已經(jīng)在廣東湛江廣錢糖廠的農(nóng)場完成了甘蔗收獲到兩次實驗，實驗表

4、明對于倒伏和彎曲的甘蔗收割機很難順利進行收獲，原因是收獲機沒有扶起機構，這也間接造成了甘蔗的浪費，除此之外，由于該收獲機構為縱向輸送，容易造成收獲后的甘蔗的堆積，會對收割機下一輪的收割造成影響，有的直接被收獲機壓爛，降低了經(jīng)濟效益，收獲圖如圖3：圖3整稈式甘蔗收獲機收割時的輸送與鋪放因此，為了滿足我國甘蔗種植區(qū)對甘蔗收獲的收割的工藝要求，我們對B80-130型全稈式甘蔗收割機進行了改進。首先為了方便甘蔗收獲機收獲，以及避免影響下一工作行程，我們采用了橫向和縱向都“”型鋪放，其次，為了對倒伏的甘蔗進行收獲我們對收割機配備了螺旋甘蔗收獲器。結構如圖四所示圖4 整稈式甘蔗收獲機改進后的結構示意圖12

5、 切割裝置的動力傳動系統(tǒng)切割裝置的動力傳動系統(tǒng)為機械式傳動。切割裝置主要有刀片、刀盤、動力輸入軸、鏈條、張緊輪、錐齒輪組等組成。如圖5 所示圖5 切割裝置傳動示意圖動力從拖拉機的后軸輸出，通過萬向節(jié)、離合器傳至收割機的動力輸入軸，然后通過鏈條傳動和齒輪傳動傳至割刀，帶動刀盤高速旋轉從而對甘蔗進行切割。切割器的啟動或停止受拖拉機上的離合器控制，切割器的旋轉速度通過油門的大小來控制。田間試驗表明，在其工作過程中，甘蔗收獲機采用了全稈式收獲模式，并要求入土切割。另一方面，有些甘蔗田雜草叢生，這會造成收割機的超負荷運行，而且還會造成切割器的阻塞，甚至造成離合器的打滑，從而影響收獲效果，嚴重者會造成傳動

6、鏈的斷裂（如圖6所示），并帶來安全事故。也不利于快速啟動，快速制動和頻繁開關，因此機械式傳動切割裝置工作性能不穩(wěn)定，安全性能低。圖6 傳動鏈故障圖1.3切稍裝置和柔性加持輸送裝置的動力傳動系統(tǒng) 切稍裝置有蔗稍切割器、驅動馬達、升降油缸等組成。柔性加持輸送裝置主要由輸送機架、鏈輪、驅動馬達以及裝有彈性橡膠圈的鏈條等。 切稍裝置和柔性加持裝置是由拖拉機專用的液壓系統(tǒng)提供動力的，液壓泵由拖拉機發(fā)動機帶動，輸出高壓油經(jīng)過分流調速閥后分成兩路子系統(tǒng)，一路用來驅動切稍機構的刀盤旋轉和柔性加持裝置的運轉；一路用來驅動切稍裝置的升降。其系統(tǒng)原理圖，如圖7所示。圖7 液壓傳動系統(tǒng)原理圖加持鏈上的兩個液壓馬達為反

7、向串聯(lián)，然后再與切稍裝置的液壓馬達串聯(lián)連接，兩者的方向可以用手動換向閥控制液壓馬達的轉動速度，控制由兩部分組成，一部分通過一雙單項節(jié)流閥來實現(xiàn)切稍刀盤和輸送鏈的不同轉速需要，這事屬于調定兩個機構所需的不同流量比例；一部分通過調節(jié)內燃機油門的大小，改變發(fā)動機轉速（即改變液壓泵轉速），從而改變液壓泵的流量，實現(xiàn)驅動馬達工作時運轉速度的大小。但實際上輸出機構和切稍機構的阻力相差很大，也即工作時兩者所需的壓力相差很大，由于兩者之間沒有減壓閥，這就早成了油路上液壓油并不能按實際所需的流量比例流通，致使阻力大的支路有時甚至無法正常啟動，而低阻力支路轉速過快的結果。實驗證明也是如此。切稍機構升降油缸只需在收

8、割工作前被收割甘蔗的高度調整好該機構的高度即可，工作過程中處于鎖緊狀態(tài)。2 整稈式甘蔗收獲機全液壓驅動系統(tǒng)研究21 甘蔗收獲機采用全液壓驅動的可行性分析根據(jù)大田試驗的情況和前面的分析可知，為了適應中國南方蔗區(qū)的機械收割，對B80-130型整稈式甘蔗收獲機的整體結構和動力系統(tǒng)進行改進是十分必要的。改進后的甘蔗收獲機（如圖8所示）包含了螺旋扶起機構的轉動和升降、根部切割器的轉動、切稍機構的轉動和升降以及加持輸送鏈的運動等工作狀態(tài)，其中各機構的轉動是要求同時工作的，各機構的阻力和工作速度有很大的差別。圖8改進后的整稈式甘蔗收獲機經(jīng)試驗測試，改進后甘蔗收獲機的夾持輸送裝置所消耗的平均功率為5.8626

9、.859kW，驅動馬達的轉速為300350r/min，啟動時最大消耗功率約為13.217kW，扶起機構所消耗的平均功率為0.0850.226kW，驅動馬達的轉速為200300r/min，啟動時最大功率消耗約為1.5kW；切割裝置所消耗的平均功率為0.780.94kW，刀盤轉速為500 600r/min ， 啟動時最大功率消耗約為6.822kW。切稍機構工作時液壓馬達的轉速為200350r/min，平均功率消耗0.1360.237kW，啟動時最大功率消耗為2.426kW。根據(jù)分析結果，收獲機的4 個工作部件穩(wěn)態(tài)工作時總的功率消耗為6.8638.262kW。如果甘蔗收獲機的4 個工作部件同時啟動，

10、則啟動時最大的功率消耗為23.747kW。輪式拖拉機在茬地的滾動阻力系數(shù)為0.1 0.12， JDT-654 拖拉機的質量為4341kg，收獲機的質量約為1000kg。工作時，拖拉機的行走速度一般在25km/h，由此可以計算出拖拉機工作時的行走消耗功率為2.97.3kW，拖拉機的標定功率為48kW，動力輸出軸輸出功率能夠滿足甘蔗收獲機全液壓驅動系統(tǒng)的功率要求。為了避免在啟動時拖拉機后輸出軸的負載變化過大，可以先啟動夾持輸送裝置，待其運作穩(wěn)定后再啟動扶起機構，最后啟動切割裝置，這樣可以降低對驅動系統(tǒng)輸出功率的要求。2.2 整桿式甘蔗收獲機全液壓驅動原理及關鍵技術根據(jù)以上的分析，可以設計出如圖8所

11、示的全液壓驅動系統(tǒng)原理圖。這是一個多支路的液壓系統(tǒng)，根據(jù)甘蔗的收割農(nóng)藝要求，收獲機工作時，扶起機構、夾持輸送裝置、切稍裝置、扶起裝置等裝置的驅動馬達應能同時工作，并且驅動夾持輸送鏈兩個馬達的轉速要求相同，這是本系統(tǒng)的關鍵技術之一。扶起機構、切稍裝置的升降油缸在工作開始前調整好高等后處于鎖緊狀態(tài)。系統(tǒng)的動力由拖拉機后輸出軸提供，并通過一個專用的變速箱來驅動系統(tǒng)液壓泵。圖8 全液壓驅動系統(tǒng)原理圖2.3 解決多支路系統(tǒng)的功率分配等問題的方法要采用全液壓驅動技術，首先必須考慮解決多支路系統(tǒng)的功率分配的問題。對于本系統(tǒng)，有4 個支路的子系統(tǒng)要求能夠同時工工作，但是這4 個子系統(tǒng)的負載相差較大，也即4 個

12、子系統(tǒng)所要求的系統(tǒng)壓力不相同。為此，在不改變現(xiàn)有拖拉機動力輸出的條件下，如何以單泵液壓系統(tǒng)來控制和實現(xiàn)不同壓力子系統(tǒng)的動力要求，以及如何解決各支路子系統(tǒng)在同時工作時的干擾成為本系統(tǒng)的關鍵問題。在本系統(tǒng)的設計中，筆者采用了減壓調速回路來解決其功率分配問題，先根據(jù)系統(tǒng)的總負載來調定系統(tǒng)的總壓力，然后根據(jù)各子系統(tǒng)的負載阻力來調定每個子系統(tǒng)的壓力，再通過調速閥來控制子系統(tǒng)的流量以控制每個工作部件的工作速度。以上各子系統(tǒng)的壓力和流量是在拖拉機以慢IV 擋或快II擋（收獲時拖拉機的前進速度）行駛時的發(fā)動機轉速下進行調節(jié)的。另外，根據(jù)拖拉機的特殊工作環(huán)節(jié)，電的使用不能像在實驗室那樣方便，本系統(tǒng)的控制油路設計

13、采用了手動式多路閥、減壓閥和調速閥，這樣也減少了集成塊的設計和控制閥的連接，簡化了系統(tǒng)。拖拉機動力輸出軸通過專用的變速箱驅動液壓泵，控制系統(tǒng)安裝在拖拉機的駕駛室內，方便了操作。在懸掛式整稈甘蔗收割機上，通過快速接頭可以方便地實現(xiàn)機具與設備的連接和分離；液壓系統(tǒng)的油箱安裝在收割機機架上，有利于液壓油散熱和收割機質心布置。3 結論JDT-654 拖拉機的功率輸出可滿足甘蔗收獲機全液壓驅動系統(tǒng)的功率要求。通過試驗研究解決多支路系統(tǒng)的功率分配問題后，設計出了整稈式甘蔗收獲機的全液壓驅動系統(tǒng)，簡化了甘蔗收獲機的結構，操作簡便，提高了甘蔗收獲機的工作穩(wěn)定性。實驗表明，該傳動系統(tǒng)能夠滿足收割機各執(zhí)行機構的動力性能要求，操作簡便，效果良好。參考文獻1 王貴華.我國糖料植物開發(fā)利用現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢J.農(nóng)牧產(chǎn)品開發(fā),1996(2):29-32.2 王學超.淺析甘蔗收獲機械推廣應用存在的問題與對策J.廣西農(nóng)業(yè)機械化,2005(6):13-15.3 秦龍杰,白玉成.我國甘蔗收獲機械發(fā)展前景J.農(nóng)業(yè)機械,2006(3):115-117.4 李楊瑞.對加入WTO 后廣西蔗糖業(yè)發(fā)展